iOS底层原理 - 单例的正确写法

面试题引发的思考：

Q: 介绍单例及其用途？

  • 单例模式保证系统中 一个类 只有 一个实例 而且该实例 易于外界访问。
  • 只初始化一次，生命周期 和 程序的生命周期 相同，访问方便；
  • 主要用来封装网络请求、播放器、存放常用数据等。

Q: 单例正确写法？

  • OC正确写法如下：
// TODO: -----------------  Singleton类  -----------------
@interface Singleton : NSObject <NSCopying, NSMutableCopying>
+ (instancetype)sharedInstance;
- (void)justdoit;
@end

@implementation Singleton
// 初始化方法dispatch_once，本身是线程安全的，保证整个程序中只会执行一次
+ (instancetype)sharedInstance  {
    static Singleton *instance = nil;
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        instance = [[super allocWithZone:nil] init];
    });
    return instance;
}
// 重写 allocWithZone
+ (instancetype)allocWithZone:(struct _NSZone *)zone {
    return [Singleton sharedInstance];
}
// 遵从NSCopying协议，可通过copy方式创建对象
- (id)copyWithZone:(NSZone *)zone {
    return self;
}
// 遵从NSMutableCopying协议，可通过mutableCopy方式创建对象
- (id)mutableCopyWithZone:(NSZone *)zone {
    return self;
}
// 实例方法
- (void)justdoit {
    NSLog(@"just do it");
}
@end
  • Swift正确写法如下：
// TODO: -----------------  Singleton类  -----------------
class Singleton {
    static let shared = Singleton()
    // 私有化构造器
    private init() { }
    // 方法
    func justdoit() {
        print("just do it")
    }
}

1. 单例

(1) 单例模式

单例模式保证系统中 一个类 只有 一个实例 而且该实例 易于外界访问。

  • 只初始化一次，生命周期 和 程序的生命周期 相同，访问方便；
  • 主要用来封装网络请求、播放器、存放常用数据等。

经常见到的一些系统单例：

[UIApplication sharedApplication]：应用程序
[NSNotificationCenter defaultCenter]：通知
[NSUserDefaults standardUserDefaults]：本地化存储
[NSFileManager defaultManager]：文件操作

(2) 单例写法

苹果官方推荐写法：

// TODO: -----------------  Singleton类  -----------------
@interface Singleton : NSObject
+ (instancetype)sharedInstance;
- (void)justdoit;
@end

@implementation Singleton
+ (instancetype)sharedInstance {
    // 声明一个 空的静态的 单例对象
    static Singleton *instance = nil;
    // 声明一个 静态的 gcd的单次任务
    static dispatch_once_t onceToken;
    // 执行gcd单次任务
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        // 对对象进行初始化
        instance = [[Singleton alloc] init];
    });
    return instance;
}
- (void)justdoit {
    NSLog(@"just do it");
}
@end

通过[Singleton sharedInstance]创建对象，即可调用相关方法：

// TODO: -----------------  ViewController类  -----------------
@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    /// 创建单例
    Singleton *singleton = [Singleton sharedInstance];
    [singleton justdoit];
}
@end

// 打印结果
Demo[1234:567890] just do it

(3) 以上写法问题

如果不通过[Singleton sharedInstance]创建对象，而是通过alloc或者new创建对象，会出现什么问题呢？

// TODO: -----------------  ViewController类  -----------------
@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    /// 通过不同方式创建对象
    Singleton *singletonA= [Singleton sharedInstance];
    Singleton *singletonB= [Singleton sharedInstance];
    Singleton *singletonC = [[Singleton alloc] init];
    Singleton *singletonD = [Singleton new];

    NSLog(@"singletonA - %@", singletonA);
    NSLog(@"singletonB - %@", singletonB);
    NSLog(@"singletonC - %@", singletonC);
    NSLog(@"singletonD - %@", singletonD);
}
@end

// 打印结果
Demo[1234:567890] singletonA - <Singleton: 0x283d35290>
Demo[1234:567890] singletonB - <Singleton: 0x283d35290>
Demo[1234:567890] singletonC - <Singleton: 0x283d352a0>
Demo[1234:567890] singletonD - <Singleton: 0x283d352b0>

由以上结果可知：

实例对象singletonA和singletonB的地址值是相同的；而此两者与实例对象singletonC和singletonD的地址值是不同的。

说明此情况下：

通过[Singleton sharedInstance]只会创建一次对象；而通过alloc或者new会创建新的对象。

因为单例模式保证系统中一个类只有一个实例，所以以上单例的写法不够严谨，会出现问题。

2. 单例的正确写法

(1) 正确写法一

在创建对象的时候，alloc或者new都会调用到allocWithZone:方法，需要重写 allocWithZone:方法。

如果调用了copy或mutableCopy方法就会导致程序运行崩溃，需要实现copy或mutableCopy就要遵循协议实现方法。

// TODO: -----------------  Singleton类  -----------------
@interface Singleton : NSObject <NSCopying, NSMutableCopying>
+ (instancetype)sharedInstance;
- (void)justdoit;
@end

@implementation Singleton
// 初始化方法dispatch_once，本身是线程安全的，保证整个程序中只会执行一次
+ (instancetype)sharedInstance  {
    static Singleton *instance = nil;
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        instance = [[super allocWithZone:nil] init];
    });
    return instance;
}
// 重写 allocWithZone
+ (instancetype)allocWithZone:(struct _NSZone *)zone {
    return [Singleton sharedInstance];
}
// 遵从NSCopying协议，可通过copy方式创建对象
- (id)copyWithZone:(NSZone *)zone {
    return self;
}
// 遵从NSMutableCopying协议，可通过mutableCopy方式创建对象
- (id)mutableCopyWithZone:(NSZone *)zone {
    return self;
}
// 实例方法
- (void)justdoit {
    NSLog(@"just do it");
}
@end

通过各种方式创建对象，查看打印结果：

// TODO: -----------------  ViewController类  -----------------
@implementation ViewController
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view.
    Singleton *singletonA= [Singleton sharedInstance];
    Singleton *singletonB= [Singleton sharedInstance];
    Singleton *singletonC = [[Singleton alloc] init];
    Singleton *singletonD = [Singleton new];
    Singleton *singletonE = [singletonA copy];
    Singleton *singletonF = [singletonC mutableCopy];

    NSLog(@"singletonA - %@", singletonA);
    NSLog(@"singletonB - %@", singletonB);
    NSLog(@"singletonC - %@", singletonC);
    NSLog(@"singletonD - %@", singletonD);
    NSLog(@"singletonE - %@", singletonE);
    NSLog(@"singletonF - %@", singletonF);
}
@end

// 打印结果
Demo[1234:567890] singletonA - <Singleton: 0x2815b9310>
Demo[1234:567890] singletonB - <Singleton: 0x2815b9310>
Demo[1234:567890] singletonC - <Singleton: 0x2815b9310>
Demo[1234:567890] singletonD - <Singleton: 0x2815b9310>
Demo[1234:567890] singletonE - <Singleton: 0x2815b9310>
Demo[1234:567890] singletonF - <Singleton: 0x2815b9310>

由打印结果可知：

实例对象singletonA~singletonF的地址值是相同的。

说明此情况下：

通过各种方式创建对象，而对象只会创建一次，符合单例模式定义。

(2) 正确写法二

设置只能通过[Singleton sharedInstance]创建对象，直接禁用alloc、new、copy、mutableCopy等方法即可：

// TODO: -----------------  Singleton类  -----------------
@interface Singleton : NSObject
+ (instancetype)sharedInstance;
- (void)justdoit;

+ (instancetype)alloc NS_UNAVAILABLE;
+ (instancetype)new NS_UNAVAILABLE;
- (instancetype)copy NS_UNAVAILABLE;
- (instancetype)mutableCopy NS_UNAVAILABLE;
@end

@implementation Singleton
+ (instancetype)sharedInstance {
    static Singleton *instance = nil;
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        instance = [[Singleton alloc] init];
    });
    return instance;
}
- (void)justdoit {
    NSLog(@"just do it");
}
@end

此时无法通过alloc、new、copy、mutableCopy等方法创建对象，调用会报错：

报错

(3) Swift单例正确写法

Swift中创建单例很方便：

// TODO: -----------------  Singleton类  -----------------
class Singleton {
    static let shared = Singleton()
    // 私有化构造器
    private init() { }

    func justdoit() {
        print("just do it")
    }
}

// TODO: -----------------  ViewController类  -----------------
class ViewController: UIViewController {
    override func viewDidLoad() {
        super.viewDidLoad()
        // Do any setup after loading the view.
        let singleton = Singleton.shared
        singleton.justdoit()
    }
}
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